遙感科學與技術(shù)畢業(yè)論文開題報告資料

1、1引言（研究課題意義以及遙感技術(shù)概況）2選擇遙感影像（landsat）（研究區(qū)概況 遙感信息源（圖像來源以及基本信息）研究方法（方法大致介紹）圖像分類成哪幾種其中建筑用地分為哪幾種）3影像預(yù)處理（各種方法對比選擇最佳）（處理流程以及處理后的圖像）4信息提取方法（各種方法比較選擇最適合的一個）將各種方法以此列出比對選擇附加流程圖和方程對各個波段進行分析選擇比較1引言隨著我國的不斷發(fā)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化和城市現(xiàn)代化的建設(shè)腳步進一步加大。在城市范圍內(nèi),城市建筑用地，包括居住地，公共設(shè)施、工業(yè)、倉儲、對外交通、道路廣場、市政公用設(shè)施以 及特殊用地等（不包括水域）是城市土地利用中最為活躍的因子，也是變化擴展最

2、為迅速的土 地利用地類”對于土地資源一定的城市，隨著經(jīng)濟發(fā)展，城市建筑用地的增長是必然的趨勢，同 時伴隨著其它土地利用類型的減少，另一方面也會導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)增強，城市景觀破壞等一系列問題，因此，快捷、 準確與客觀地提取建筑用地信息，全面掌握獲得不同時期城鎮(zhèn)建筑用地的分布范圍和面積資料，動態(tài)監(jiān)測城市建筑用地使用狀況，分析城市建筑用地對非建用地的影響對科學合理地進行城鎮(zhèn)規(guī)劃，控制建筑用地規(guī)模，有效保護中國寶貴有限的耕地資源與淡水資源，都具有十分重要的作用。在進行城鎮(zhèn)建筑之前需要提前選好適宜的地理位置，但是各地土地利用的數(shù)據(jù)庫建庫程度差異較大，紙質(zhì)地圖過時較快， 地圖數(shù)字化耗時耗力，航空像片提取城

3、鎮(zhèn)信息花費太高且缺乏周期性的航攝數(shù)據(jù)，實地勘探又太過浪費人力物力，這些因素都限制了對城鎮(zhèn)建筑用地信息的分類以及快速高效獲取。而遙感具有不與同標地物接觸，大面積同步觀測、經(jīng)濟性、時效性等特點，是一種高效的研究方法。Landsat TM影像在遙感領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，能識別到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級的居民地。土地利用類型土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和其它用地等土地利用類型，其中 耕地包括水田和旱地，林地包括有林地、灌木林地、疏林地、其它林地，草地包括高覆蓋草 地、中覆蓋草地、低覆蓋草地，水域包括河流溝渠、湖泊、水庫和池塘、灘地，建設(shè)用地包 括農(nóng)村居民點、城鎮(zhèn)用地、工交等其它建設(shè)用地，其它用地包

4、括沼澤地、裸土地、裸巖石礫 地、海域等。2選擇遙感影像 專題制圖儀（TM）是航天遙感中的一種重要的信息源，它是由陸地衛(wèi)星（Landsat）上所載的第二代光學機械掃描儀所收集，并將地物信息記錄在數(shù)據(jù)磁帶上，發(fā)送回地面，各地面站將數(shù)據(jù)進行回放，糾正等處理，而形成的各種可視圖像。TM圖像共有7個波段，除了 TM6外，其余波段地面分辨率為28.5m x28.5m因此，在較大面積航天遙感監(jiān)測應(yīng)用中，主要采用A B圖像作為信息源，覆蓋我國城鄉(xiāng)的TM圖像是以16d重復(fù)一次的頻度源源不斷地接收處理，這為TM圖像應(yīng)用提供了條件。另一方面，TM數(shù)據(jù)由于具有較高的空間分辨率和良好的時間連續(xù)性，是城市擴展研究中常用的

5、數(shù)據(jù)源，與高分辨率數(shù)據(jù)如快鳥等相比較，在保證一定精度的情況下具有高的性價比。（研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)）3圖像預(yù)處理包括輻射校正，幾何校正和利用行政區(qū)劃矢量圖對研究區(qū)進行影像裁切，并進行了數(shù)據(jù)的合成與融合等處理，得到研究區(qū)影像和所需的各種合成影像。輻射校正：包括輻射定標，大氣校正和地形校正。光學傳感器接受輻射通量在理想狀態(tài)下應(yīng)該是地物反射輻射亮度的精確測量值，而實際情況是,在地物反射輻射值在傳送到傳感器前，要經(jīng)過輻射源到大氣層到地球表面到探測器的一系 列過程，因而傳感器獲得的輻射通量存在誤差，輻射校正的目的是消除由于大氣等自然因素 所帶來的輻射誤差。輻射誤差有兩種：傳感器內(nèi)部本身的誤差和由大氣，地形等

6、引起的外部誤 差，內(nèi)部誤差一般是系統(tǒng)內(nèi)部的確定的，可以通過衛(wèi)星自身的星上輻射定標和替代輻射定標來確定的，外部誤差是變化的 ，它受不同研究區(qū)的環(huán)境因素影響，需要根據(jù)研究自身的需要來進行校正在平原地區(qū)只需進行大氣校正，而在山區(qū)除了要進行大氣輻射校正外，還需進行地形的輻射校正。1）輻射定標輻射定標是確定影像 DN值與輻射亮度的過程，它的結(jié)果是獲得了一個聯(lián)系 DN值與輻射亮度 L的公式和參數(shù)，從而可以計算影像的輻射亮度和地表反射率。2）大氣校正大氣校正的目的是要減消大氣對地表反射率的影響，大氣校正的方法有很多方法，按照校正的結(jié)果可分為相對大氣校正方法和絕對大氣校正，相對大氣校正后得到的影像，相同的DN

7、值代表相同的地表反射率，不考慮實際的地表反射率， 絕對大氣校正是將遙感影像的DN值轉(zhuǎn)換為地表反射率的方法 ”按照校正過程可以分為直接大氣校正和間接大氣校正，直接大氣校正是參照大氣狀況對 DN值進行校正，大氣狀況參照標準的大氣模式和地面實測資料或由影 像本身進行反演得到，間接大氣校正指對 NDVI等一些遙感常用函數(shù)進行重新定義，形成新的 函數(shù)模型，減少大氣的影響，輻射傳輸模型是在大多數(shù)大氣校正方法中校正精度較高的一種 方法,利用電磁波在大氣中的輻射傳輸原理建立模型來的對遙感影像進行大氣校正，其中用 得最廣泛的是6s模型、LOWREAN模型和MORTRAN模型，由于本次研究所使用數(shù)據(jù)由遙感 衛(wèi)星地

8、面站直接購得，輻射校正和影像拼接部分已經(jīng)完成，所以只需要完成幾何校正和研究區(qū) 的行政邊界裁切即可得到研究區(qū)的使用數(shù)據(jù)。幾何糾正遙感影像的幾何誤差主要表現(xiàn)為影像的位移、旋轉(zhuǎn)和像元地面相對實際位置的扭曲和偏移，為了保證遙感影像處理的準確性和在其進行空間分析時具有標準的地理空間坐標，必須對遙感影像的幾何誤差進行校正，其基本步驟為：一是采集合適的地面控制點；二是依據(jù)控制點對 影像進行空間變換；三是對空間變換后的影像進行像元灰度值的內(nèi)插重采樣。I）地面控制點（GCP的選取這個是幾何糾正中最重要的一步。在所選區(qū)域的地形圖與TM影像中選取同名地面控制點20個,地面控制點應(yīng)具有以下特征 :1地面控制點在影像上

9、應(yīng)有明顯和清晰的定位識別標志，如道路交叉點、河流交叉口、建筑邊界、農(nóng)田界線等；2地面控制點上的地物應(yīng)不隨時間而變化，以保證當兩幅不同時段的圖像或地圖幾何糾正時 ，可以同時識別出來；3在沒有做過地形糾正的圖像上選控制點時，應(yīng)在同一地形高度上進行；地面控制點應(yīng)當均勻的分布在整幅影像內(nèi)，保證一定的數(shù)量，地面控制點的數(shù)量、分布和準度直接影響幾何糾正的效果和對地物判讀的效果，控制點選取的精度和難易程度應(yīng)與影像質(zhì)量地物特征及影像空間分辨率相關(guān)，以達到研究要求精度為目標。2）影像的空間變換地面控制點確定后，通過GCP對原始影像幾何畸變的過程進行數(shù)學模擬，建立原始畸變影像空間與標準幾何空間的數(shù)學對應(yīng)關(guān)系，從而

10、利用這種關(guān)系將畸變的影像空間中全部的元素轉(zhuǎn)換 為標準空間中的元素，把原始影像變形看成是某種曲面，輸出圖像則為規(guī)則的平面，從理論上講,任何曲面都能可以用適合的高次多項式來模擬。第二步是選擇合適的坐標變換函數(shù)式（即數(shù)學糾正模型）,建立影像坐標（x,y）與其參考坐標（X,均之間的關(guān)系式，通常稱為多項式糾正模型，假設(shè)影像中的點以（x、y）表示,畸變TM影像中的點（X、丫表示，兩者的函數(shù)影射關(guān)系為：N N-ii-0 ；-0N N-ij=o y=o通過已經(jīng)得到的地面控制點，采用二次多項式作為幾何校正模型，以最小二乘法求出多項式的 系數(shù)，然后對整個影像進行坐標變換，校正誤差控制在0.5個像元之內(nèi)3）重采樣重

11、新定位后的像元在原影像中分布不均勻，絕大多數(shù)不在原來的像元中心，即輸出影像像元點在輸入圖像中的行列號不全是整數(shù)關(guān)系，因此必須重新計算新位置像元的 DN值，進行DN值的內(nèi)插計算也就是重采樣 ”常用的內(nèi)插方法包括：1最鄰近法將最鄰近的像元的 DN值賦予新像元，該方法的優(yōu)點是輸出影像最大程度上保持 原有性，簡單迅速，但此方法最大可產(chǎn)生半個像元的位置偏移造成輸出影像中某些圖斑的破 碎.2雙線性內(nèi)插法使用鄰近四個點的像元 DN值,按照其距離的遠近賦予不同的權(quán)重，進行線性內(nèi)插，該方法邊緣受到濾波平滑的作用，產(chǎn)生一個比較連貫的影像，其缺點是破壞了原有的像元DN值,對以后的影像分類產(chǎn)生一定的影響3三次卷積內(nèi)插

12、法與雙線性內(nèi)插相似但原理更為復(fù)雜 ，使用鄰近周圍的16個像元DN值,用三次卷積函數(shù)進行內(nèi)插，這種方法對可使邊緣均衡化和清晰化 ，但更加破壞了原像元的 DN 值,計算量大（由于實驗需要保持影像的原有性，因此選擇最鄰近法較為合適）邊界裁剪對遙感影像進行上述處理后，利用1:100萬中國行政邊界矢量圖中的研究區(qū)邊界對影像進行裁剪。影像波段組合以及增強處理TM影像共有7個波段，不同的波段以不同的波譜頻率反映地物信息，在利用TM影像數(shù)據(jù)提取地物信息時，更多的光譜波段參與影像的處理，能夠更為有利的提取所需的專題信息，但過多的波段同時參與地物信息提取分類，會造成數(shù)據(jù)處理時間過長生成冗余的數(shù)據(jù)，降低了提取的精度

13、，反而利用較少合理的數(shù)據(jù)進行處理，能提高信息提取的效率，因此遙感影像波段選擇和組合十分重要。假彩色合成中波段的選擇是很重要的環(huán)節(jié)，波段選擇的結(jié)果直接影響到假彩色合成影像信息提取的精度，選擇遙感影像波段組合的依據(jù)有兩類：一是波段信息量的大小,二是影像的光譜特征。選擇假彩色合成影像波段組合判斷的標準是:（1）各個波段的標準差要大,TM影像數(shù)據(jù)各個波段的標準差反映了信息的離散度，即其信息量，標準差越大的波段信息量越大(2)組合波段間的相關(guān)系數(shù)要小,TM影像數(shù)據(jù)各波段間存在一定的相關(guān)性，如果它們 之間的相關(guān)性太高會導(dǎo)致大量重復(fù)冗余的信息，使合成影像的信息量總體不高，同時影響合成影像色彩的飽和度，在假彩

14、色合成影像上如果三個波段之間的有很高的相關(guān)性會使得影像的 飽和度差，組合的各波段的均值大小不能相差太遠，如果TM影像數(shù)據(jù)各波段的均值相差太多，會導(dǎo)致合成影像嚴重的偏色，(4)提取專題信息應(yīng)選用帶有目標物特征波譜帶的波段。分別用線性拉伸或直方圖均衡化對TM的各波段進行處理，并用目視判讀的方法判定居民地在各波段上的可識別性，對這些波段進行了部分合成，如TM4與TM7, TM1+TM2+TM3，TM2+TM3+TM4，TM3+TM4+TM5 等。4信息提取方法(1) NDBI提取法NDBI又稱歸一化建筑指數(shù)，在典型TM影像上，TM4和TM5兩波段除了城鎮(zhèn)灰度值偏高外，其他地類灰度值都變小。 NDBI

15、=(TM5-TM4)/(TM5+TM41很顯然NDBI取值在一 1與1之 間。然后根據(jù)NDBI求出比值圖像后，進行二值化處理，令W0像元賦值為0 , 0像元賦值為255。紅色表示灰度值為 255的像元，即是城鎮(zhèn)區(qū)域，藍色是灰度值為0的那些像元。NDBI指數(shù)法，結(jié)果是唯一的。與監(jiān)督分類相比，最大的優(yōu)越性和好處就是，不摻雜有任何 人為因素，非常客觀公正，而且精度也能保證，完全可以達到監(jiān)督分類的最好精度(強于非監(jiān)督分類)，精度滿足應(yīng)用的需要，NDBI操作簡單、易行、 客觀，不因人、因時而異，結(jié)果唯一客觀。(2) 手工提取法手工提取法可直接在遙感圖像上提取矢量多邊形。存在的問題是對提取者的知識經(jīng)驗要

16、求較高，城鎮(zhèn)中多種地物交錯，邊界不明顯；手工提取較費時且精度不高，操作也不方便。經(jīng)手工 提取對比發(fā)現(xiàn)，在影像上手工提取城鎮(zhèn)信息，采用TM543組合較其它組合要好。 受TM圖像本 身分辨率的限制，實驗中采用手工提取方法邊界確定比較困難，誤差較大；各地類交錯，手工提取過于復(fù)雜不宜采用。(3) 監(jiān)督分類以及非監(jiān)督分類法監(jiān)督分類法需從研究區(qū)域選取有代表性的訓(xùn)練場地作為樣本建立判別函數(shù)，據(jù)此對樣本像元進行分類，依據(jù)樣本類別的特征來識別非樣本像元的歸屬類別。非監(jiān)督分類方法是在沒 有先驗類別作為樣本的條件下，主要根據(jù)像元間相似度大小進行歸類合并。訓(xùn)練場地的選擇 是監(jiān)督分類的關(guān)鍵，樣本數(shù)目也要能滿足分類要求。

17、監(jiān)督分類受人為影響的因素比較大，客觀性比較差。目前，監(jiān)督分類配合野外調(diào)查是目前遙感圖像分類常用的方法，(4) 比值居民地半自動提取法比值居民地指數(shù)(Ratio Resident-area Index，RRI) RRI=TM仃M46，保留 RRI 介于 1.476 至 3.333的范圍，二值化后保留的地物主要為城鎮(zhèn)和河流，手工提取河流后對二值化圖像進行掩摸處理，去除河流部分，剩下的就是城鎮(zhèn)。該方法需手工去除河流信息，提取結(jié)果中去除了林地、耕地、園地、綠地、裸地的影響，但水體邊界和山體陰影被劃分到城鎮(zhèn)中來，尤其是在地形起伏較大的地方，使用該方法遺留了山體陰影，水體邊界也被劃分到城鎮(zhèn)信息中來。不同地

18、 區(qū)手工去除河流也會產(chǎn)生一定誤差。(5) 綜合閾值法先采用歸一化植被指數(shù)(NDVI)進行植被區(qū)和非植被區(qū)的區(qū)分，閾值為0時,城鎮(zhèn)和其它地類 被劃分入非植被區(qū)。引入NDVI參數(shù)后，還可消除異物同譜現(xiàn)象，該參數(shù)在城郊地帶效果比較明顯。剩余的非植被區(qū)(裸地、陰影、水體、建筑 )中,裸地和城鎮(zhèn)灰度稍高，水體、河流和陰 影灰度偏低。采用 TM1/TM4可增大差別。經(jīng)實驗，在剩余地類中，采用TM1/TM4T就可去除 裸地，留下的是河流、水體、陰影和城鎮(zhèn)。T值的變化主要和圖像的季相變化相關(guān)，T值在1.51.9之間，春夏季在1.5附近，秋冬季在1.9附近,該值也可根據(jù)實際情況靈活 調(diào)整。剩余地類中城鎮(zhèn)的TM4TM5;城鎮(zhèn)的TM2TM5;城鎮(zhèn)的TM2+TM3TM4+TM5。經(jīng)反復(fù)實驗, 采用TM2+TM3TM4+TM5作為第3個條件效果較好。同時運用以上3個條件可實現(xiàn)城鎮(zhèn)信息提取。(6) )計算機訓(xùn)練識別將研究區(qū)分為林地、農(nóng)用地、草地、城鎮(zhèn)用地、水體、灘涂、未利用地 7個類型。處理中先對影像進行了主成分(PCA)變換將Landsat影像中有高